Формирователь группового радиосигнала
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в системах проводной и беспроводной многоканальной связи для формирования групповых модулированных сигналов являющихся зеркальными в смысле расположения несущих относительно центральной частоты группового радиосигнала, в частности OFDM-сигналов. Сформированный цифровой низкочастотный квадратурный групповой сигнал преобразуют в цифровом преобразователе частоты на нулевую ПЧ, из него с помощью фильтров или фазовой схемы выделяют квадратурный сигнал нижней боковой полосы, который переносят в заданный диапазон высоких частот с помощью аналогового квадратурного преобразователя частоты. Техническим результатом является уменьшение или отсутствие побочного внеполосного сигнала остатка второй боковой полосы аналогового квадратурного преобразования частоты, в частности остаток второй боковой полосы полностью преобразуется в допустимый уровень ошибки созвездия ФМ или КАМ для несущих OFDM-сигнала.
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в системах проводной и беспроводной многоканальной связи для формирования групповых (многоканальных) модулированных сигналов и в других аналогичных случаях.
Известно устройство формирования группового (многоканального) радиосигнала осуществляющее раздельную модуляцию каждой несущей группового сигнала и сложение получившихся промодулированных сигналов в групповой (многоканальный) радиосигнал [1, стр.365-366]. Данное устройство состоит из нескольких независимых модуляторов, сумматора (объединителя) и требует для своей работы нескольких источников несущих частот - гетеродинов или синтезатора частоты. Недостатком такого устройства является большое количество функциональных узлов. По этой причине крайне затруднительно сформировать такой групповой радиосигнал, как, например, сигнал с мультиплексированием по ортогональным несущим (OFDM) на сотни или тысячи несущих (поднесущих).
Известно устройство (прототип) формирования группового OFDM радиосигнала состоящее из цифрового OFDM-модулятора, двух устройств преобразования цифрового сигнала в аналоговый сигнал, квадратурного модулятора и гетеродина [2, стр.18-19]. Недостатком прототипа является формирование побочного внеполосного радиосигнала остатка второй боковой полосы при неидеальном квадратурном модуляторе.
Задачей решаемой автором являлось уменьшение или устранение указанного недостатка прототипа как для сигналов с OFDM, так и для любых других групповых радиосигналов являющихся зеркальными в смысле расположения несущих (поднесущих) относительно центральной (средней) частоты группового радиосигнала.
Решение поставленной задачи достигается путем перенесения спектра группового сигнала на нулевую промежуточную частоту, подавление верхней боковой полосы (ВБП) в полученном сигнале промежуточной частоты и выделение только нижней боковой полосы (НБП), а также последующий ее перенос в заданный диапазон радиочастот.
Для этого в формирователь группового радиосигнала (рис.1, 2), содержащий модулятор группового сигнала 1 с двумя квадратурными выходами, в частности модулятор группового сигнала является OFDM-модулятором, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 2 и 3, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 4 и 5, первый и второй аналоговые перемножители 6 и 7, аналоговый сумматор или вычитатель 8, фазовращатель 9 с двумя квадратурными выходами и гетеродин 10, причем вход модулятора группового сигнала является входом формирователя группового
радиосигнала, выход первого ЦАП соединен с входом первого ФНЧ, выход второго ЦАП соединен с входом второго ФНЧ, выход первого ФНЧ соединен с низкочастотным входом первого аналогового перемножителя, выход второго ФНЧ соединен с низкочастотным входом второго аналогового перемножителя, выход гетеродина соединен с входом фазовращателя, первый квадратурный выход фазовращателя соединен с высокочастотным входом первого аналогового перемножителя, второй квадратурный выход фазовращателя соединен с высокочастотным входом второго аналогового перемножителя, выходы аналоговых перемножителей соединены с входами аналогового сумматора или вычитателя, причем выход аналогового сумматора или вычитателя является выходом формирователя группового радиосигнала, дополнительно введены первый и второй цифровые перемножители 11 и 12, цифровой генератор 13 с первым выходом, первый выход модулятора группового сигнала соединен с первым входом первого цифрового перемножителя, второй выход модулятора группового сигнала соединен с первым входом второго цифрового перемножителя, первый выход цифрового генератора соединен с вторыми входами первого и второго цифровых перемножителей.
Применение аналогового вычитателя наряду с аналоговым сумматором по сравнению с прототипом не является существенным отличием, устройство преобразования цифрового сигнала в аналоговый сигнал по сравнению с прототипом представлено более детально в виде собственно цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и фильтра нижних частот (ФНЧ), что не принципиально.
Для выделения нижней боковой полосы при переносе спектра группового сигнала на нулевую частоту используются два варианта формирователя группового радиосигнала.
В первом варианте (рис.1) в устройство дополнительно введены первый и второй цифровые ФНЧ 14 и 15, выход первого цифрового перемножителя соединен с входом первого цифрового ФНЧ, выход второго цифрового перемножителя соединен с входом второго цифрового ФНЧ, выход первого цифрового ФНЧ соединен с входом первого ЦАП, выход второго цифрового ФНЧ соединен с входом второго ЦАП.
Во втором варианте (рис.2) в устройство дополнительно введены третий и четвертый цифровые перемножители 16 и 17, сумматор 18 и вычитатель 19, второй выход цифрового генератора, сигнал второго выхода цифрового генератора является квадратурным дополнением сигнала первого выхода цифрового генератора и сдвинут относительно него на плюс 90 градусов, второй выход цифрового генератора соединен с вторыми входами третьего и четвертого цифровых перемножителей, первый выход модулятора группового сигнала дополнительно соединен с первым входом четвертого цифрового перемножителя, второй выход модулятора группового сигнала дополнительно соединен с первым входом
третьего цифрового перемножителя, выходы первого и третьего цифровых перемножителей соединены со входами сумматора, выходы второго и четвертого цифровых перемножителей соединены с входами вычитателя, выход сумматора соединен с входом первого ЦАП, выход вычитателя соединен с входом второго ЦАП, причем сигнал с выхода второго цифрового перемножителя вычитается с сигнала с выхода четвертого цифрового перемножителя или наоборот.
Формирователь группового сигнала работает следующим образом.
На вход модулятора группового сигнала поступает множество модулирующих сигналов, предназначенных для модуляции поднесущих формируемого группового радиосигнала. В модуляторе группового сигнала происходит модуляция поднесущих низкой частоты, в результате чего на выходе модулятора получается цифровая копия прямого или инверсного спектра группового радиосигнала представленная в виде квадратурных компонент. Например, для OFDM-модулятора с реализацией в виде алгоритма ОБПФ, в частности, модулирующими сигналами могут выступать пары квадратурных модулирующих сигналов фазовой манипуляцией (ФМ) или квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ) для каждой поднесущей.
В первом варианте устройства сигнал с первого выхода модулятора группового сигнала поступает на первый вход первого цифрового перемножителя, а сигнал со второго выхода модулятора группового сигнала поступает на первый вход второго цифрового перемножителя. В цифровых перемножителях происходит умножение входных сигналов поступающих на первые входы цифровых перемножителей на сигналы поступающие на вторые входы цифровых перемножителей с первого выхода цифрового генератора. На выходах цифровых перемножителей получаются двухполосные сигналы. Сигналы с выходов первого и второго цифровых перемножителей поступают соответственно в первый и второй цифровые ФНЧ, где подавляют до необходимого уровня ВБП сигналов и на выходах цифровых ФНЧ получаются сигналы с НБП.
Во втором варианте вместо фильтрации используется процедура фазового подавления ВБП сигналов, для чего дополнительно в третьем и четвертом цифровых перемножителях происходит умножение входных сигналов на сигналы поступающие со второго выхода цифрового генератора. В результате на вход сумматора поступают двухполосные сигналы от первого и третьего цифрового перемножителя у которых ВБП находятся в противофазе друг к другу и на вход вычитателя поступают двухполосные сигналы от второго и четвертого цифрового перемножителя у которых НБП находятся в противофазе друг к другу. В сумматоре происходит сложение входных сигналов и на
выходе сумматора получается сигнал с НБП, в вычитателе сигнал с выхода второго цифрового перемножителя вычитается из сигнала с выхода четвертого цифрового перемножителя или наоборот, при этом на выходе вычитателя получается сигнал с НБП.
Далее одинаково для первого и второго вариантов устройства цифровые сигналы с выходов первого и второго цифровых ФНЧ или сумматора и вычитателя пройдя через цифро-аналоговые преобразователи и фильтры нижних частот, преобразуются в аналоговые сигналы. Сигналы с выходов первого и второго фильтров нижних частот поступают соответственно на первый и второй низкочастотные входы аналоговых перемножителей, в которых происходит умножение этих сигналов на сигналы, поступающие на высокочастотные входы с выходов фазовращателя. В качестве аналоговых перемножителей могут быть использованы, например, балансные модуляторы. При этом в зависимости от фазовых соотношений входных сигналов аналоговых перемножителей друг относительно друга и от фазовых соотношений выходных сигналов фазовращателя друг относительно друга на выходах аналоговых перемножителей формируются два двухполосных сигнала, у которых НБП или ВБП находятся в противофазе друг к другу. В зависимости от использования аналогового сумматора или аналогового вычитателя в аналоговом сумматоре происходит сложение входных сигналов и на выходе аналогового сумматора получается групповой радиосигнал с прямым (НБП) или инверсным (ВБП) спектром относительно низкочастотного группового сигнала, в аналоговом вычитателе сигнал с выхода первого аналогового перемножителя вычитается из сигнала с выхода второго аналогового перемножителя или наоборот и на выходе аналогового вычитателя получается групповой радиосигнал с прямым (НБП) или инверсным (ВБП) спектром относительно низкочастотного группового сигнала.
Частота цифрового генератора выбирается в пределах спектра группового сигнала, в частности части значений или каждому значению поднесущей ниже частоты цифрового генератора соответствует зеркальное значение поднесущей выше частоты цифрового генератора. В частности частота F цифрового генератора выбрана равной частоте средней поднесущей в спектре группового сигнала при нечетном количестве поднесущих или равной средней частоте в спектре группового сигнала (рис.3). В таком случае с учетом неидеальности аналоговой квадратурной схемы устройства спектр подавляемой боковой полосы на выходе аналогового сумматора или вычитателя занимает тот же интервал частот, что и спектр формируемого группового радиосигнала. При этом несущие (поднесущие) группового радиосигнала и зеркальные им несущие (поднесущие) остатка
его инверсного спектра (подавленной боковой полосы) накладываются точно друг на друга. Данное явление в случае применения ФМ или КАМ для модуляции несущих (поднесущих) группового радиосигнала можно считать не зашумлением полезного группового радиосигнала остатком инверсного спектра (подавленной боковой полосы), а ошибкой созвездия ФМ или КАМ. В случае выбора частоты генератора не средней, но в пределах спектра группового сигнала, спектр остатка второй боковой полосы на выходе аналогового сумматора или вычитателя будет частично перекрываться со спектром формируемого группового радиосигнала.
Таким образом, при указанном выше выборе частоты цифрового генератора отсутствует или уменьшена полоса частот побочного внеполосного сигнала остатка второй боковой полосы, то есть достигается решение задачи поставленной автором при разработке формирователя группового радиосигнала.
Литература.
1. Радиопередающие устройства: учебник для вузов / В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.: илл.
2. Конкурирующие стандарты цифрового телевизионного вещания. - Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №1, 2002, с.17-19.
1. Формирователь группового радиосигнала, содержащий модулятор группового сигнала с двумя выходами, причем сигнал второго выхода модулятора группового сигнала является квадратурным дополнением сигнала первого выхода модулятора группового сигнала, в частности модулятор группового сигнала является OFDM-модулятором, первый и второй ЦАП, первый и второй ФНЧ, первый и второй аналоговые перемножители, аналоговый сумматор или вычитатель, фазовращатель с двумя квадратурными выходами и гетеродин, причем вход модулятора группового сигнала является входом формирователя группового радиосигнала, выход первого ЦАП соединен с входом первого ФНЧ, выход второго ЦАП соединен с входом второго ФНЧ, выход первого ФНЧ соединен с низкочастотным входом первого аналогового перемножителя, выход второго ФНЧ соединен с низкочастотным входом второго аналогового перемножителя, выход гетеродина соединен с входом фазовращателя, первый квадратурный выход фазовращателя соединен с высокочастотным входом первого аналогового перемножителя, второй квадратурный выход фазовращателя соединен с высокочастотным входом второго аналогового перемножителя, выходы аналоговых перемножителей соединены с входами аналогового сумматора или вычитателя, причем выход аналогового сумматора или вычитателя является выходом формирователя группового радиосигнала, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый и второй цифровые перемножители, цифровой генератор с первым выходом, первый выход модулятора группового сигнала соединен с первым входом первого цифрового перемножителя, второй выход модулятора группового сигнала соединен с первым входом второго цифрового перемножителя, первый выход цифрового генератора соединен с вторыми входами первого и второго цифровых перемножителей, причем частота цифрового генератора выбрана в пределах спектра группового сигнала, в частности части значений или каждому значению поднесущей ниже частоты цифрового генератора соответствует зеркальное значение поднесущей выше частоты цифрового генератора, причем в частности частота цифрового генератора выбрана равной частоте средней поднесущей в спектре группового сигнала при нечетном количестве поднесущих или равной среднему значению между двумя ближайшими к средней частоте в спектре группового сигнала поднесущим при четном количестве поднесущих.
2. Формирователь группового радиосигнала по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй цифровые ФНЧ, выход первого цифрового перемножителя соединен с входом первого цифрового ФНЧ, выход второго цифрового перемножителя соединен с входом второго цифрового ФНЧ, выход первого цифрового ФНЧ соединен с входом первого ЦАП, выход второго цифрового ФНЧ соединен с входом второго ЦАП.
3. Формирователь группового радиосигнала по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены третий и четвертый цифровые перемножители, сумматор и вычитатель, второй выход цифрового генератора, сигнал второго выхода цифрового генератора является квадратурным дополнением сигнала первого выхода цифрового генератора и сдвинут относительно него на плюс 90°, второй выход цифрового генератора соединен с вторыми входами третьего и четвертого цифровых перемножителей, первый выход модулятора группового сигнала дополнительно соединен с первым входом четвертого цифрового перемножителя, второй выход модулятора группового сигнала дополнительно соединен с первым входом третьего цифрового перемножителя, выходы первого и третьего цифровых перемножителей соединены со входами сумматора, выходы второго и четвертого цифровых перемножителей соединены с входами вычитателя, выход сумматора соединен с входом первого ЦАП, выход вычитателя соединен с входом второго ЦАП, причем сигнал с выхода второго цифрового перемножителя вычитается с сигнала с выхода четвертого цифрового перемножителя или наоборот.
